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便攜式電子產(chǎn)品增長迅速，從手機和MP3播放器到PDA、個人DVD播放器以及較為傳統(tǒng)的筆記本電腦，人們開始重新審視消費和專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的諸多方面。 這種變化在電池技術(shù)方面最為明顯。用戶希望電池能夠滿足日益復雜的應用需求，因此需要更大的電流、更長的工作時間。同時，對體積小、重量輕產(chǎn)品的需求也十分強勁,電池在任何設(shè)備的體積和重量中都占有相當大的比例，因此,制造商非常注意減少其體積和重量。還有一點，就是對快速充電的要求，即減少用戶等待充電的時間，最大程度地發(fā)揮移動的優(yōu)點。 這些要求促使電池制造商轉(zhuǎn)向使用鎳氫和鋰離子等新化學材料，以獲得更高的功率密度、更輕的重量和更快的充電速度。這些功能，尤其是快速充電，所付出的代價是增加了復雜性。新型電池需要精確控制的充電電路，不僅要確保其完全充滿電，而且要盡量延長其使用壽命，并防止過熱條件下可能出現(xiàn)的危險。 電池組件的任何部件發(fā)生故障都可能導致非常嚴重的后果,絕不僅僅是因無法供電而導致產(chǎn)品本身無法使用。最近,一家公司大舉召回了一批筆記本電腦專用電池，估計造成的損失高達4億美元。除了可能造成財務損失之外，電池還會導致人身傷害，甚至引發(fā)火災。 為電池充電(尤其是高能鋰離子電池)設(shè)計有效的控制策略，需要有良好的設(shè)計以及合適的元件規(guī)格和采購政策。可以采用以下幾種架構(gòu)：對于鎳氫電池，充電控制回路可以監(jiān)測(使用各種精確度級別)電池電壓隨時間變化的情況。還可以限定最長充電時間；或者讓系統(tǒng)監(jiān)測溫度變化。在多數(shù)情況下，都需要某種溫度監(jiān)測方法來提供保護。 鋰離子電池通常使用CCCV(恒流-恒壓)方案,但這仍需要監(jiān)測溫度以便允許啟動快速充電，同時還需要一種機制確保在溫度超過安全臨界值時停止充電。 因此，所有這些控制和保護策略都應包含溫度監(jiān)測機制，并將其作為整個功能體系的固有部分。通常置于充電器或電池內(nèi)的IC可以提供監(jiān)測和控制功能。但一定要在電池、充電器或者電池倉(低成本手機通常這樣做)中安裝一個或多個溫度傳感器。 對設(shè)計師來說，此類傳感器的選擇范圍并不大。熱電偶類器件需要相對復雜的補償電路，這會導致一些校準問題。此外，它們會產(chǎn)生幾mV的輸出電壓，需要進行信號調(diào)整,并且易受電磁噪聲的 影響。 有時會用到鎳或鉑正溫度系數(shù) (PTC) 金屬膜(或線繞)電阻器。它們的長期穩(wěn)定性比熱電偶類器件更好，并且不易受噪聲干擾。但是，由于它們依賴流經(jīng)自身的電流來監(jiān)測溫度，并且通常是低阻抗器件，所以耗電量相對較高,而且它們對溫度變化的敏感程度不足以實現(xiàn)可靠的溫度監(jiān)測。市場上多數(shù)的線性PTC半導體器件都有這個缺點。 目前，在性價比合理的前提下，最有效的解決方案是使用NTC(負溫度系數(shù))熱敏電阻。Vishay提供的NTC類器件是一種簡潔的解決方案，耗電量極少，在很大的溫度范圍內(nèi)具有非常出色的精確性，而且對溫度變化的反應很迅速。從工程師的角度來看，這些多種規(guī)格的器件為電氣和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了非常高的靈活性。 NTC器件最基本的設(shè)計和規(guī)格參數(shù)是電阻值(通常是25℃時的值)和公差。但是，必須記住的是，熱敏電阻的工作原理與溫度密切相關(guān)。因此，工程師要確保其設(shè)計的產(chǎn)品能夠在工作溫度達到極限時正常使用。在高溫(低阻抗)環(huán)境下，電阻值必須足夠高，這樣才能減少接觸電阻和互連電阻之類的系統(tǒng)錯誤。相反，在低溫(高阻抗)環(huán)境下，如果通過熱敏電阻的電流不夠大，敏感度則會下降。 公差通常用℃表示，可以作為器件測量溫度精確性的一個衡量標準。在少數(shù)情況下，制造商會給出以電阻值表示的公差，即在給定溫度下器件電阻與其預期電阻值的接近程度。對于詳細規(guī)格制定者和購買方來說，記住下面一點非常重要，即特定設(shè)計的公差要求可以限制在特定溫度下，也可以限制在稍微寬泛的溫度范圍內(nèi)。在第二種情況下，公差本身會隨器件絕對電阻值的變化而變化。設(shè)計人員需要使用為器件指定的負溫度系數(shù)計算整個溫度范圍內(nèi)的電阻公差，從而確保所選的元件滿足系統(tǒng)的測量精度要求。 在工作溫度范圍內(nèi)，器件的性能依賴于其本身的材料和結(jié)構(gòu)，并由第三類基本規(guī)格，即器件的R-T曲線來描述。Vishay目前按照15種不同標準曲線生產(chǎn)器件。 在訂購 NTC 類器件時，設(shè)計師經(jīng)常僅指定電阻、公差和標準曲線。但是，在很多情況下其它參量才是確保系統(tǒng)按預期工作的關(guān)鍵。最重要的參量之一是b值，表示器件的電阻隨溫度變化的敏感度，同樣重要的是該參量的標定公差。Vishay的器件具有非常出色的b值和公差，能夠帶來更高的精確度和更好的總體系統(tǒng)可靠性，而且在器件的整個工作溫度范圍內(nèi)都具有良好的性能。 最后，經(jīng)常被買方忽略的一點是，NTC 類器件需要緊密地安裝在所要求的溫度測試點上。這意味著元件必須能夠經(jīng)受得住現(xiàn)代制造工藝的物理性應力，尤其是在用于符合 RoHS 規(guī)范無鉛工藝中溫度曲線陡變的情況下。憑借在此領(lǐng)域內(nèi)多年的經(jīng)驗，Vishay公司的NTC SMD的設(shè)計全面考慮了所有這些與應用相關(guān)的參數(shù)。 電池技術(shù)仍將不斷發(fā)展。但即使是體積更小、壽命更長的新興鋰聚合物技術(shù)，也仍需要在控制回路和保護電路中監(jiān)測溫度。因此，成本低、精度高、體積小并且堅固耐用的NTC 類器件即使不被推崇，也仍是此類應用中至關(guān)重要的元件。 |
